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JP2000150967A - 表面実装可能なｌｅｄパッケ―ジ - Google Patents

表面実装可能なｌｅｄパッケ―ジ

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Publication number
JP2000150967A
JP2000150967A JP11303910A JP30391099A JP2000150967A JP 2000150967 A JP2000150967 A JP 2000150967A JP 11303910 A JP11303910 A JP 11303910A JP 30391099 A JP30391099 A JP 30391099A JP 2000150967 A JP2000150967 A JP 2000150967A
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JP
Japan
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aluminum
silver
dielectric coated
gold
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JP11303910A
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Julian A Carey
ジュリアン・エー・カレイ
Iii William D Collins
ウィリアム・ディー・コリンズ，サード
Ban Poh Loh
バン・ポー・ロー
Gary D Sasser
ゲイリー・ディー・ササー
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Agilent Technologies Inc
Original Assignee
Agilent Technologies Inc
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Publication date
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    • H01L2924/12041—LED

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  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】信頼性が高く、発光効率の高い動作が実現でき
るＬＥＤパッケージを提供する。 【解決手段】ＬＥＤダイ１６は、副基台１８を介してス
ラグ１０に支持される。スラグ１０及び副基台１８は熱
伝導性が良好なので、ＬＥＤダイ１６の動作による熱が
効果的に拡散される。従って、ＬＥＤダイ１６は熱によ
る特性劣化を生じにくい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードの
パッケージ化に関し、特に表面実装に好適な構造を含む
パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの発光ダイオード（ＬＥＤ）はコヒ
ーレントでない光を発光する。ＬＥＤの性能の一つの尺
度は、例えば入力エネルギーの可視光への変換等の光度
測定から導かれるような発光効率である。発光効率は、
ＬＥＤの接合部の温度に反比例する。ＬＥＤパッケージ
の設計者の主要関心事は、ＬＥＤダイを比較的低い温度
に維持して全体の性能を改善することである。
【０００３】例えば、消費電力が２００ｍＷ以下である
か又は面積の小さいＬＥＤダイによる低消費電力のＬＥ
Ｄでは、光学キャビティの寸法が大きいために所望の信
頼性条件に合致しない。キャビティ寸法が最適値より小
さいと、光抽出効率、即ち装置からの発光量が減少す
る。従来技術のパッケージ、例えばＴ１-3/4及びスナッ
プＬＥＤは、硬いカプセル材として成形エポキシ材料を
使用している。成形エポキシ材料は、光学的及び構造的
に有効である。ＬＥＤパッケージの従来技術による装置
を図１に示す。ＬＥＤダイは光学キャビティの基台上に
載置される。硬いカプセル材、例えば、剛性を有する未
充填エポキシ材料が光学キャビティを埋めている。ＬＥ
Ｄダイ、光学キャビティ、及びカプセル材の熱膨張係数
は互いに異なるので、動作中にそれらは異なる割合で膨
張し収縮する。このためＬＥＤに対して比較的大きな機
械的応力が加わる。加えて、従来技術のパッケージは、
電気導線が主な熱伝導経路であるため熱伝導経路と電気
経路との間で熱的経路が分離されていない。その結果、
パッケージ化されたＬＥＤダイは、特に最終製品への組
立の工程で温度サイクルによる熱的応力を受けやすい。
【０００４】これらの問題は、ダイの面積又は入力側電
力が増大するにつれて更に悪化する。接合面積が大きい
（例えば、０．２５ｍｍ2より大きい）ＬＥＤダイは、
同等の光抽出効率を与えるのに、接合面積が小さい（例
えば、０．２５ｍｍ2より小さい）ＬＥＤダイより、大
きな光学素子部品を必要とするので、必要とされる光学
キャビティも大きくなる。ＬＥＤに加わる機械的応力
は、カプセル材の体積と共に増大する。加えて、応力は
パッケージ化されたＬＥＤが温度サイクル及び高湿度状
態にさらされるにつれて増大する。機械的応力が蓄積す
るとＬＥＤの全体としての信頼性が低下する。
【０００５】従来技術のパッケージは主要熱伝導経路と
してそれらの電気導線を使用しているから、これらの経
路は熱伝導に対して高い抵抗を有し、電力消費が増大
（例えば、２００ｍＷ以上）するとき、外部装置の高い
熱伝導抵抗の影響を受けてその接合温度が高くなってし
まう。高い接合温度は、ＬＥＤチップの発光効率の不可
逆的劣化を加速する原因となり、またＬＥＤパッケージ
の機械的一体性を損なう原因となるプロセスを加速す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特に高い（３５％）デ
ューティ係数で又は長いパルス幅（１秒より長い）で動
作するとき、ＬＥＤ平均入力側電力が０．２Ｗ程度で、
信頼性が高く、光学的に高い効率の動作が実現できるＬ
ＥＤパッケージは存在しない。本発明はこのようなＬＥ
Ｄパッケージを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、光学的機能と
構造的機能とが別々になっているＬＥＤパッケージを提
供する。ヒートシンクとなるスラグがインサートモール
ドされたリードフレームに挿入される。インサートモー
ルドされたリードフレームは、構造的一体性を与えるよ
うに打ち抜きによりパターン形成された金属部品を埋め
込みプラスチック材料によってオーバーモールドして構
成している。スラグは、随意選択の反射カップを備える
ことができる。ＬＥＤダイは、電気絶縁性を有し且つ良
好な熱伝導性を有する副基台を介して直接的又は間接的
にスラグに取り付けられている。ボンディングワイヤ
は、ＬＥＤから延びてスラグに対して電気的及び熱的に
分離された金属リードまで延長される。光学レンズは、
熱可塑性材料によって予備成形された光学的に透明なレ
ンズ及び柔らかい光学的に透明なカプセル材を取付ける
ことにより、又はＬＥＤを覆うように光学的に透明なエ
ポキシ材料を成形することにより、又は柔らかい光学的
に透明なカプセル材の上に光学的に透明のエポキシを成
形することにより製造可能である。柔らかい光学的に透
明なカプセル材は、ＬＥＤダイに与える応力を小さくで
き又は衝撃吸収を提供できるような柔らかい材料であ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】図２は、本発明によるＬＥＤパッ
ケージ、即ち光学的機能及び構造的機能を分離したＬＥ
Ｄパッケージの一実施形態を示す。ヒートシンクとなる
スラグ１０はインサートモールドされたリードフレーム
１２に挿入される。インサートモールドされたリードフ
レーム１２は、電気的パスを与える金属フレームの周り
に成形された埋め込みプラスチック材料を有する。スラ
グ１０は、随意選択の反射カップ１４を備えることがで
きる。発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ１６は熱伝導性の
良好な副基台１８を介して、直接的に又は間接的に、ス
ラグ１０に取付けられている。ボンディングワイヤがＬ
ＥＤ１６及び副基台１８から延び、スラグ１０に対して
電気的に且つ熱的に分離されたリードフレーム１２の金
属リードまで達する。熱可塑性材料によって予備成形さ
れるレンズ及びカプセル材（図示せず）を取付けること
により、又はＬＥＤを覆うようにエポキシ材を成形する
ことにより、又はカプセル材（図示せず）の上にエポキ
シ材によるレンズを成形することにより、光学レンズ２
０を付加することができる。カプセル材は、好適にはＬ
ＥＤダイに加わる応力を小さくできるか又は衝撃吸収を
与えることのできる柔らかい材料である。ＬＥＤダイ
は、ヒートシンクとなるスラグに熱的に結合しているの
で、ダイは従来のパッケージより低い接合温度に維持さ
れ得る。動作温度が低くなれば、ダイは大きな熱応力を
受けないので、大電力動作によっても信頼性及び良好な
特性を維持できる。
【０００９】ヒートシンクとなるスラグ１０は、リード
フレーム１２から熱的に分離される。絶縁体から成る副
基台１８を使用すれば、スラグ１０は電気的に絶縁さ
れ、従って、スラグ１０は最小の熱抵抗で外部ヒートシ
ンク（図示せず）に結合されるのでパッケージ内の熱の
蓄積を防止することができる。体積の大きなスラグ１０
は、ＬＥＤダイ１６から遠くに熱を伝導させるための熱
抵抗の小さなパスを提供する。好適実施形態では銅のス
ラグを使用しているが、他の適切な材料にはダイヤモン
ド、シリコン、アルミニウム、モリブデン、窒化アルミ
ニウム、酸化アルミニウム、又はそれらの複合物及び合
金等がある。更に、モリブデン・銅及びタングステン・
銅の複合物も使用可能である。
【００１０】副基台１８は、スラグ材料とＬＥＤダイと
の間の熱伝導経路及び熱膨張の緩衝（バッファ）として
も機能する。好ましくは、副基台１８はＬＥＤダイと同
等の熱膨張係数を備える。副基台１８は導電性又は絶縁
性のいずれの材料であっても良い。
【００１１】インサートモールドされたリードフレーム
１２は、打ち抜き加工されてパターン形成された金属部
品であり、高い導電率を与えるがその熱伝導率は低い。
リードフレーム１２は低い熱伝導率及び電気的絶縁性を
与えるプラスチック構造部品によりオーバーモールドさ
れ得る。リードフレームの絶縁部分は構造的一体性を与
える埋込みプラスチック材料である。強度の大きなプラ
スチック本体は、パッケージの構造的一体性を与え、ジ
ュロ硬度がショア約５０乃至９０Ｄである。光学的及び
構造的機能を分離することによりパッケージがその構造
的一体性を犠牲にせずに光学的特性を維持することがで
きる。
【００１２】カプセル材は、屈折率が１．３より大きな
柔らかい光学的に透明な材料、例えば、シリコーン、液
状又はゼラチン質の光学化合物材料であり、ＬＥＤダイ
１６と光学レンズ２０との間の光路を埋める。柔らかい
光学的に透明な材料は、ＬＥＤダイ１６を保護する。柔
らかいカプセル材のジュロ硬度はショア１０Ａより小さ
い。
【００１３】随意選択の反射カップ１４は、反射率を上
げるためにめっきされる熱伝導性の良好な材料から作ら
れている。随意選択の反射カップ１４は反射率を高める
ために被覆してある熱伝導性の良好な材料から作ること
ができる。反射カップの光学面が構成できる適切な熱伝
導材料は、スラグ１０と同様に、銀、銅、アルミニウ
ム、モリブデン、ダイアモンド、シリコン、アルミナ、
窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びそれらの複
合物がある。スラグ１０と異なり、反射カップの壁は、
熱的絶縁材料、例えば、反射被膜付きプラスチック材料
から製造可能である。他の場合には、壁は、外部の光学
表面がチップから表面への光線の入射角及び表面におけ
る高い屈折率から低い屈折率への階段状変化のために生
じる内部全反射（ＴＩＲ）によって反射面を与えるよう
に配置された、光学プラスチックレンズシェルの被覆さ
れない表面で形成してもよい。屈折率の階段状変化は
０．３以上とされる。
【００１４】多数の好適実施形態においてカップは銀で
被覆される。しかしながら、アルミニウム、金、プラチ
ナ、及びアルミニウム、銀、金、又は純粋な誘電体のス
タック構造のような他の反射材料被膜を使用してもよ
い。
【００１５】本発明を上記の実施形態に沿って説明する
と、本発明は、キャビティを有し、構造的一体性を与え
るよう作用するリードフレーム（１２）、前記キャビテ
ィの基台に配置された、熱伝導性材料からなるスラグ
（１０）、前記リードフレーム（１２）の内部で前記キ
ャビティに対向して配置され、光学的機能を提供するレ
ンズ（２０）を備えることを特徴とするＬＥＤダイ用の
パッケージを提供する。
【００１６】好ましくは、スラグ（１０）に結合され
た、熱伝導性材料から成る副基台（１８）を更に備え
る。
【００１７】好ましくは、副基台（１８）のための熱伝
導性材料は、銀、銅、ダイアモンド、シリコン、アルミ
ニウム、タングステン、モリブデン、及びベリリウムの
純粋材料、化合物、及び複合物から成る群から選択され
る。
【００１８】好ましくは、スラグ（１０）のための熱伝
導性材料は、銀、銅、ダイアモンド、シリコン、アルミ
ニウム、タングステン、モリブデン、及びベリリウムの
純粋材料、化合物、及び複合物から成る群から選択され
る。
【００１９】好ましくは、スラグ（１０）に熱的に結合
されるＬＥＤダイ（１６）、及びショア１０Ａより小さ
い硬度を有し、ＬＥＤダイをカプセル封入する光学的に
透明な材料を更に備える。
【００２０】好ましくは、スラグ（１０）に熱的に結合
されるＬＥＤダイ（１６）、及び少なくともショア５０
Ｄの硬度を有する光学的に透明なカプセル材を更に備え
る。
【００２１】好ましくは、ＬＥＤダイ（１６）とスラグ
（１０）との間に結合された、熱伝導性の副基台（１
８）を備える。
【００２２】好ましくは、反射面を有し、スラグ（１
０）の近くに配置された、反射カップ（１４）を備え
る。
【００２３】好ましくは、反射カップは、リードフレー
ムに組み込まれている。
【００２４】好ましくは、反射カップ（１４）は、銀、
アルミニウム、金、誘電体被覆された銀、誘電体被覆さ
れた金、及び誘電体被覆されたアルミニウムから成る群
から選択される材料を含む。
【００２５】好ましくは、反射カップの反射面は、銀、
アルミニウム、金、誘電体被覆された銀、誘電体被覆さ
れた金、及び誘電体被覆されたアルミニウムから成る群
から選択される材料を含む。
【００２６】好ましくは、反射面は、０．３より大きな
屈折率の階段状変化によって形成される少なくとも一つ
の内部全反射面を備える。
【００２７】好ましくは、反射面を有し、スラグの近く
に配置された、反射カップ（１４）を更に備える。
【００２８】本実施形態で示したＬＥＤパッケージは、
あくまでも例示的なものであり、本発明を制限するもの
ではなく、当業者によって更に様々な変形、変更が可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＬＥＤパッケージを示す頂側及び側
方から見た断面図である。
【図２】本発明のＬＥＤパッケージの一実施形態を示す
斜視図である。
【符号の説明】
１０ スラグ １２ リードフレーム １４ 反射カップ １６ ＬＥＤダイ １８ 副基台 ２０ レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ウィリアム・ディー・コリンズ，サード アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ ケイリーン ドライブ 3435 (72)発明者 バン・ポー・ロー アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ ケイプ タウン プレイス 823 (72)発明者 ゲイリー・ディー・ササー アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ マクダニエル アベニュー 1510

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】キャビティを有し、構造的一体性を与える
    よう作用するリードフレーム、 前記キャビティの基台に配置された、熱伝導性材料から
    なるスラグ、及び前記リードフレームの内部で前記キャ
    ビティに対向して配置され、光学的機能を提供するレン
    ズを備えることを特徴とするＬＥＤダイ用のパッケー
    ジ。
  2. 【請求項２】前記スラグに結合された、熱伝導性材料か
    ら成る副基台を更に備えることを特徴とする請求項１に
    記載のパッケージ。
  3. 【請求項３】前記副基台のための前記熱伝導性材料は、
    銀、銅、ダイアモンド、シリコン、アルミニウム、タン
    グステン、モリブデン、及びベリリウムの純粋材料、化
    合物、及び複合物から成る群から選択される材料を含む
    ことを特徴とする請求項２に記載のパッケージ。
  4. 【請求項４】前記スラグのための前記熱伝導性材料は、
    銀、銅、ダイアモンド、シリコン、アルミニウム、タン
    グステン、モリブデン、及びベリリウムの純粋材料、化
    合物、及び複合物から成る群から選択される材料を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
  5. 【請求項５】前記スラグに熱的に結合されるＬＥＤダ
    イ、及びショア１０Ａより小さい硬度を有し、前記ＬＥ
    Ｄダイをカプセル封入する光学的に透明な材料を更に備
    えることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
  6. 【請求項６】前記スラグに熱的に結合されるＬＥＤダ
    イ、及び少なくともショア５０Ｄの硬度を有する光学的
    に透明なカプセル材を更に備えることを特徴とする請求
    項１に記載のパッケージ。
  7. 【請求項７】前記ＬＥＤダイと前記スラグとの間に結合
    された、熱伝導性材料から成る副基台を備えることを特
    徴とする請求項５に記載のパッケージ。
  8. 【請求項８】前記副基台のための熱伝導性材料は、銀、
    銅、ダイアモンド、シリコン、アルミニウム、タングス
    テン、モリブデン、及びベリリウムの純粋材料、化合
    物、及び複合物から成る群から選択されることを特徴と
    する請求項７に記載のパッケージ。
  9. 【請求項９】前記スラグのための熱伝導性材料は、銀、
    銅、ダイアモンド、シリコン、アルミニウム、タングス
    テン、モリブデン、及びベリリウムの純粋材料、化合
    物、及び複合物から成る群から選択されることを特徴と
    する請求項５に記載のパッケージ。
  10. 【請求項１０】反射面を有し、前記スラグの近くに配置
    された、反射カップを備えることを特徴とする請求項５
    に記載のパッケージ。
  11. 【請求項１１】前記反射カップは、前記リードフレーム
    に組み込まれていることを特徴とする請求項１０に記載
    のパッケージ。
  12. 【請求項１２】前記反射カップは、銀、アルミニウム、
    金、誘電体被覆された銀、誘電体被覆された金、及び誘
    電体被覆されたアルミニウムから成る群から選択される
    材料を含むことを特徴とする請求項１１に記載のパッケ
    ージ。
  13. 【請求項１３】前記反射カップの反射面は、銀、アルミ
    ニウム、金、誘電体被覆された銀、誘電体被覆された
    金、及び誘電体被覆されたアルミニウムから成る群から
    選択される材料を含むことを特徴とする請求項１２に記
    載のパッケージ。
  14. 【請求項１４】前記反射面は、０．３より大きな屈折率
    の階段状変化によって形成される少なくとも一つの内部
    全反射面を備えることを特徴とする請求項１２に記載の
    パッケージ。
  15. 【請求項１５】反射面を有し、前記スラグの近くに配置
    された、反射カップを更に備えることを特徴とする請求
    項１に記載のパッケージ。
  16. 【請求項１６】前記反射カップは、前記リードフレーム
    に組み込まれていることを特徴とする請求項１５に記載
    のパッケージ。
  17. 【請求項１７】前記反射カップは、銀、アルミニウム、
    金、誘電体被覆された銀、誘電体被覆された金、及び誘
    電体被覆されたアルミニウムから成る群から選択される
    材料を含むことを特徴とする請求項１６に記載のパッケ
    ージ。
  18. 【請求項１８】前記反射面は、銀、アルミニウム、金、
    誘電体被覆された銀、誘電体被覆された金、及び誘電体
    被覆されたアルミニウムから成る群から選択される材料
    を含むことを特徴とする請求項１７に記載のパッケー
    ジ。
  19. 【請求項１９】反射面は０．３より大きな屈折率の階段
    状変化により形成される少なくとも一つの内部全反射面
    を備えることを特徴とする請求項１７に記載のパッケー
    ジ。
JP30391099A 1998-11-05 1999-10-26 表面実装可能なｌｅｄパッケージ Expired - Lifetime JP5116909B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US187547 1998-11-05
US09/187,547 US6274924B1 (en) 1998-11-05 1998-11-05 Surface mountable LED package

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000150967A true JP2000150967A (ja) 2000-05-30
JP5116909B2 JP5116909B2 (ja) 2013-01-09

Family

ID=22689416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30391099A Expired - Lifetime JP5116909B2 (ja) 1998-11-05 1999-10-26 表面実装可能なｌｅｄパッケージ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6274924B1 (ja)
JP (1) JP5116909B2 (ja)
KR (1) KR100505308B1 (ja)
DE (2) DE19964501B4 (ja)
GB (1) GB2343548A (ja)
TW (1) TW441045B (ja)

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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